电气控制与PLC工程应用 机械工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘美俊 著

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• 工业控制
• 机械工程
• 继电器控制
• 可编程控制器
• 传感器
• 执行器
• 电机控制

店铺： 北京群洲文化专营店

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111344018

商品编码：29482986239

包装：平装

出版时间：2011-09-01

基本信息

书名：电气控制与PLC工程应用

定价：33.00元

作者：刘美俊

出版社：机械工业出版社

出版日期：2011-09-01

ISBN：9787111344018

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.381kg

编辑推荐

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内容提要

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《电气控制与plc工程应用》从满足教学要求和实际工程应用出发，以三菱公司fx系列plc为背景，重点介绍了常用低压电器、电气控制电路基础，plc的工作原理、系统配置、编程元件与指令系统、功能指令与常用功能模块、plc程序设计方法、plc通信及网络技术，详细阐述了梯形图程序的设计方法、plc系统设计与调试方法、plc在工程应用中应注意的问题，并且列举了工程应用实例。
　　《电气控制与plc工程应用》注重理论和实际应用相结合，内容由浅人深、通俗易懂，既便于教学又利于自学，各章配有适量的习题。
　　《电气控制与plc工程应用》可作为高等院校自动化、电气工程、电子信息、机电一体化及其他有关专业的教材，也可供工程技术人员自学或作为培训教材使用。

目录

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前言
章　常用低压电器
　1.1　低压电器概述
　　1.1.1　低压电器的分类
　　1.1.2　低压电器的发展
　　1.1.3　低压电器的基本结构
　1.2　刀开关与低压断路器
　　1.2.1　刀开关与组合开关
　　1.2.2　低压断路器
　1.3　熔断器与接触器
　　1.3.1　熔断器
　　1.3.2　接触器
　1.4　继电器与行程开关
　　1.4.1　继电器
　　1.4.2　行程开关
　1.5　其他常用电器
　　1.5.1　接近开关
　　1.5.2　光电开关
　　1.5.3　控制按钮
　思考与习题
第2章　电气控制基础
　2.1　电气控制基础知识
　　2.1.1　电气控制系统图及有关规定
　　2.1.2　继电器—接触器控制基本环节
　　2.1.3　电动机的保护环节
　2.2　三相异步电动机的控制
　　2.2.1　电动机减压起动控制
　　2.2.2　电动机减压制动控制
　　2.2.3　双速异步电动机的高低速控制
　2.3　典型电气电路分析与控制系统设计
　　2.3.1　c650型普通卧式车床电气控制
　　2.3.2　z3040摇臂钻床电气控制
　　2.3.3　电气控制电路设计
　思考与习题
第3章　plc概述
　3.1　plc性能简介
　　3.1.1　plc的定义及特点
　　3.1.2　plc的主要功能
　　3.1.3　plc的应用领域
　3.2　plc的基本结构与工作原理
　　3.2.1　plc的硬件系统
　　3.2.2　plc的软件系统
　　3.2.3　plc的工作原理
　　3.2.4　plc等效电路
　3.3　plc的分类与发展趋势
　　3.3.1　plc的分类
　　3.3.2　plc的发展趋势
　思考与习题
第4章　fx系列plc的编程 元件与基本指令
　4.1　fx系列plc简介
　　4.1.1　fx系列plc性能比较
　　4.1.2　fx系列plc的系统配置
　4.2　fx系列plc的编程元件
　　4.2.1　输入、输出继电器
　　4.2.2　辅助、状态继电器
　　4.2.3　定时器与计数器
　　4.2.4　其他编程元件
　4.3　fx系列plc的基本逻辑指令与步进指令
　　4.3.1　fx系列plc的基本逻辑指令
　　4.3.2　fx系列plc的步进指令
　　4.3.3　基本逻辑指令的应用
　思考与习题
第5章　fx系列plc的功能指令与常用功能模块
第6章　plc的程序设计方法
第7章　plc的通信及网络技术
第8章　plc的工程应用
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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电力电子技术实用指南 内容梗概 本书旨在为读者提供一套全面、深入且实用的电力电子技术知识体系，涵盖从基础理论到前沿应用的各个方面。内容结构清晰，循序渐进，既适合初学者入门，也能够满足专业人士进阶学习的需求。全书围绕电力电子装置的核心器件、基本原理、典型应用以及未来发展趋势展开，旨在帮助读者建立坚实的理论基础，掌握实际操作技能，并深刻理解电力电子技术在现代工业和社会发展中的关键作用。 第一章：电力电子技术基础 本章将系统阐述电力电子技术的核心概念和基本原理。首先，会详细介绍电力电子技术的发展历程及其在国民经济中的重要地位，例如在能源转换、工业驱动、绿色能源等领域的广泛应用。接着，将深入剖析电力电子器件的基本特性，重点讲解二极管、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、功率MOSFET等关键器件的结构、工作原理、导通与关断机制、电压电流特性以及损耗分析。此外，还会介绍这些器件在不同应用场景下的选择依据和技术要求。 为了理解功率器件的控制，本章还将引入脉冲宽度调制（PWM）技术。PWM是现代电力电子变换器中最核心的控制策略之一，它能够通过改变脉冲信号的占宽比来调节输出电压或电流的平均值，从而实现对功率变换器的精确控制。本章会详细介绍不同类型的PWM策略，如单极性PWM、双极性PWM、空间矢量PWM（SVPWM）等，并结合数学模型和仿真波形进行深入解析，帮助读者理解PWM信号生成机制及其对输出波形质量的影响。 同时，本章还将触及电力电子系统的基础组成和拓扑结构。一个典型的电力电子系统通常包括输入滤波器、整流器、直流环节（包含储能元件如电感和电容）、逆变器以及输出滤波器等部分。本章会简要介绍这些组成部分的功用，并初步介绍几种基本的电力电子变换器拓扑，如DC-DC变换器（升压、降压、升降压）、AC-DC变换器（整流器）和DC-AC变换器（逆变器），为后续章节的深入学习打下基础。 第二章：DC-DC变换器原理与设计 本章将聚焦于DC-DC变换器，这是电力电子技术中最基础也是最广泛应用的变换器类型之一。DC-DC变换器能够将一个直流电压转换为另一个不同幅值的直流电压，广泛应用于电源管理、电池充电、太阳能光伏系统等领域。 本章将详细介绍几种经典的DC-DC变换器拓扑，包括： Buck（降压）变换器： 讲解其工作原理，包括功率开关导通和关断两个阶段的电路分析，以及电感电流和输出电压的纹波分析。讨论其在不同负载条件下的性能表现。 Boost（升压）变换器： 阐述其升压原理，分析电感能量存储和释放过程，以及输出电压与占空比的关系。 Buck-Boost（升降压）变换器： 介绍其升降压功能，分析其混合工作模式，并讨论其正负输出特性。 SEPIC/Ćuk变换器： 介绍这些具有隔离功能的DC-DC变换器，分析其耦合电感和电容的特性，以及它们在特定应用中的优势。 在理论讲解的基础上，本章还将深入探讨DC-DC变换器的设计过程。这包括： 器件选型： 如何根据功率、电压、电流、开关频率等参数选择合适的功率开关（MOSFET, IGBT）、续流二极管、电感和电容。 参数计算： 讲解如何计算关键元件的参数，例如电感的电感值、电容的容值，以满足纹波、效率等设计要求。 控制环路设计： 介绍DC-DC变换器的基本控制策略，如电压模式控制和电流模式控制，以及PID控制器的设计方法，以保证系统稳定性和动态响应性能。 散热设计： 讨论功率器件的散热问题，介绍散热器的选型和安装方法，确保系统在长时间工作下的可靠性。 此外，本章还将引入软开关技术在DC-DC变换器中的应用，如零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS），分析其如何减小开关损耗，提高变换器效率，并降低电磁干扰（EMI）。 第三章：AC-DC变换器（整流器） 本章将深入研究AC-DC变换器，即整流器。整流器是将交流电转换为直流电的关键设备，是几乎所有电力电子应用中最前端的环节。 本章将从以下几个方面进行阐述： 单相整流器： 单相半波整流器： 讲解其基本工作原理、输出电压特性、纹波系数以及负载要求。 单相全波整流器（中心抽头变压器）： 分析其工作过程，比较其与半波整流器的优劣。 单相桥式整流器： 重点介绍桥式整流器，分析其整流效果，并讨论其在不同负载（阻性、感性）下的表现。 三相整流器： 三相半波整流器： 讲解其原理和输出特性。 三相全波桥式整流器： 这是工业中最常用的一种整流器。详细分析其工作过程，输出电压波形，以及与单相桥式整流器的区别。 有源电力滤波器（APF）与功率因数校正（PFC）： 无功功率与功率因数： 解释功率因数的重要性，以及传统无源滤波器的局限性。 有源电力滤波器（APF）： 介绍APF的工作原理，如何通过补偿谐波电流来改善电网质量，提高功率因数。 功率因数校正（PFC）电路： 详细讲解升压型PFC电路的工作原理，如何通过控制PWM信号来强制电流与电压同相位，实现高功率因数。介绍其在各种交直流电源中的应用。 多重化整流器： 介绍通过增加整流器数量和采用移相技术来减少输出脉动和提高功率因数的方法。 本章还将讨论整流器在实际应用中的挑战，例如高次谐波的产生、电网注入的谐波电流对其他设备的影响，以及如何通过设计和控制手段来解决这些问题。 第四章：DC-AC变换器（逆变器） 本章将聚焦于DC-AC变换器，即逆变器。逆变器是将直流电转换为交流电的核心设备，是实现电能变频、电网并网、不间断电源（UPS）等功能的基础。 本章将深入讲解以下内容： 单相逆变器： 半桥逆变器： 分析其基本结构和工作原理，讨论输出电压的方波特性。 全桥逆变器： 讲解其如何通过控制开关的组合来产生更接近正弦波的输出。 三相逆变器： 三相桥式逆变器（120°导通模式，180°导通模式）： 详细分析其工作过程，输出线电压和相电压波形，以及其在中性点连接（NPC）和三电平逆变器中的应用。 空间矢量脉冲宽度调制（SVPWM）： 深入解析SVPWM的原理，如何通过选择电压矢量来生成任意频率和幅值的交流输出，以及其在提高输出波形质量和效率方面的优势。 逆变器控制策略： 电压外环，电流内环控制： 介绍这种经典的控制结构，如何通过PID控制器实现对输出电压和电流的精确控制。 直接转矩控制（DTC）： 讲解DTC的工作原理，它如何通过直接控制电机的磁链和转矩来实现快速响应和高鲁棒性。 模型预测控制（MPC）： 介绍MPC在逆变器控制中的应用，以及其如何通过预测未来系统的行为来优化控制性能。 并网逆变器： 并网条件： 详细讨论逆变器并网时需要满足的条件，如电压、频率、相位同步等。 锁相环（PLL）： 介绍PLL在并网逆变器中的作用，如何实现与电网的精确同步。 无功功率补偿和有功功率控制： 讲解如何控制并网逆变器输出不同的有功和无功功率，以满足电网调度的需求。 本章还将讨论逆变器在电动机驱动、不间断电源（UPS）、风力发电和太阳能光伏发电等领域的具体应用，以及它们在提高能源利用效率、减少环境污染方面的重要作用。 第五章：电力电子在工业传动中的应用 本章将聚焦于电力电子技术在现代工业传动系统中的核心地位和广泛应用。工业传动系统负责精确控制电机的速度、转矩和位置，是自动化生产线、机器人、电动汽车等领域不可或缺的关键技术。 本章将重点阐述以下内容： 异步电动机的变频调速： V/f控制（恒压频比控制）： 介绍最基础的变频调速方法，分析其工作原理和适用范围。 矢量控制（磁场定向控制）： 深入讲解矢量控制的原理，如何将三相交流电机等效为直流电机进行控制，实现精确的转矩和速度控制。分析其在高性能传动系统中的优势。 直接转矩控制（DTC）： 再次强调DTC在异步电机传动中的应用，及其快速动态响应的特点。 永磁同步电动机（PMSM）的驱动： PMSM的特点与优势： 介绍PMSM的高功率密度、高效率等优点。 PMSM的控制策略： 讲解PMSM的矢量控制（通常是id=0控制或最大转矩/电流比控制），以及SVPWM在PMSM驱动中的应用。 PMSM在电动汽车和伺服系统中的应用： 结合具体案例分析PMSM驱动系统的设计要点。 直流电机驱动： 有刷直流电机（BDCM）的调速： 介绍PWM斩波器对BDCM的调速原理。 无刷直流电机（BLDC）的驱动： 讲解BLDC的换向原理（通常采用霍尔传感器或无传感器方法），以及其在低成本、高效率应用中的优势。 再生制动与能量回收： 再生制动原理： 解释电机在减速过程中如何变成发电机，将机械能转换为电能。 能量回收系统： 介绍如何利用DC-DC或DC-AC变换器将电机产生的电能回馈到电网或储能装置中，提高能源利用率。 特种电机驱动： 简要介绍步进电机、开关磁阻电机等特种电机的驱动原理和应用场景。 本章还将讨论工业传动系统中对可靠性、效率、电磁兼容性（EMC）等方面的要求，以及如何通过优化设计和控制来满足这些要求。 第六章：电力电子在新兴领域的应用与未来趋势 本章将视野拓展到电力电子技术在日益重要的战略新兴领域的应用，并展望其未来的发展趋势。 新能源发电系统： 太阳能光伏发电： 详细介绍光伏逆变器（并网型、离网型、储能型）的工作原理，MPPT（最大功率点跟踪）技术的实现，以及光伏电站的系统集成。 风力发电： 阐述风力发电机组中变流器的作用，包括双馈感应发电机和永磁直驱发电机的变流器拓扑和控制方法。 储能系统（ESS）： 介绍储能变流器（PCS）在电网侧、用户侧储能中的应用，包括能量调度、频率支撑、削峰填谷等功能。 电动汽车（EV）与混合动力汽车（HEV）： 车载充电机（OBC）： 介绍OBC的功率变换原理，包括隔离型DC-DC变换器和PFC电路。 DC-DC变换器： 讲解在电动汽车中用于不同电压等级（如12V、48V、高压电池组）之间电能转换的DC-DC变换器。 逆变器（驱动电机）： 再次强调逆变器在驱动电机中的作用，以及其对续航里程和性能的影响。 电池管理系统（BMS）与电力电子接口： 简要介绍BMS与电力电子系统的协同工作。 智能电网与微电网： 柔性交流输电系统（FACTS）： 介绍SVC、STATCOM、TCSC等FACTS装置在提高电网输电能力和稳定性的作用。 高压直流输电（HVDC）： 阐述HVDC在远距离、大功率输电方面的优势，以及其在电力电子器件（如LCC-HVDC和VSC-HVDC）中的应用。 微电网的构建与控制： 介绍微电网的组成、运行模式（并网、孤岛），以及其对分布式电源、储能和负荷的管理。 未来技术趋势： 宽禁带半导体器件（SiC, GaN）： 详细介绍碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等新型宽禁带半导体材料的优势，如更高的击穿电压、更低的导通损耗、更高的开关频率，以及它们在下一代电力电子设备中的应用前景。 智能化与集成化： 探讨电力电子系统向智能化、模块化、集成化方向发展，包括高度集成的功率模块（IPM）、智能功率模块（IPM），以及对AI和大数据在系统设计和运行中的应用。 更高的效率与可靠性： 持续追求更高的能量转换效率，降低能源损耗，以及提升电力电子设备在严苛环境下的可靠性。 绿色化与可持续发展： 强调电力电子技术在推动能源革命、实现碳达峰碳中和目标中的关键作用。 本书的编写旨在为读者提供一个扎实、全面、与时俱进的电力电子技术知识框架，希望能够激发读者对这一充满活力和创新潜力的领域产生浓厚兴趣，并为他们在相关领域的研究、设计和应用工作提供有力的支持。

评分☆☆☆☆☆

这是一本令人惊叹的书！从翻开第一页起，就被它严谨的逻辑和丰富的实例深深吸引。作者对电气控制原理的讲解，如同抽丝剥茧般清晰，从最基础的继电器控制，到复杂的伺服系统，无不娓娓道来。最让我印象深刻的是，书中对于各种元器件的工作原理、选型依据、以及在实际电路中的应用，都做了极其细致的阐述。不再是枯燥的理论堆砌，而是真正地将抽象的概念具象化，让我能够清晰地看到每一个开关、每一个接触器、每一个传感器在电路中扮演的角色，以及它们是如何协同工作的。特别是在描述接触器和继电器的选型时，书中不仅给出了计算公式，更结合了实际工作经验，讲解了如何考虑负载的性质、工作环境、以及安全冗余等因素，这对于初学者来说，无疑是宝贵的指导。而且，书中在介绍各种控制逻辑时，也并非简单罗列，而是穿插了大量工程实践中的常见故障分析和排除方法，让我在学习理论的同时，也积累了解决实际问题的经验。这种“知其然，更知其所以然”的学习方式，让我对电气控制有了更深刻的理解，也为我今后独立设计和排查电气控制系统打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书在PLC工程应用方面，给了我很大的启发。它不仅仅是教你如何编写PLC程序，更是从整个自动化系统的角度来思考问题。作者在介绍PLC系统设计时，非常注重各个环节的衔接和配合，比如如何根据工艺流程来确定PLC的I/O点数，如何选择合适的PLC型号和扩展模块，以及如何进行PLC的安装和接线。这些前期准备工作，对于保证整个自动化系统的稳定运行至关重要。在程序设计方面，书中不仅讲解了基本的指令和功能块，还重点介绍了如何编写结构化、模块化的程序，以及如何利用PLC的通信功能来实现多PLC协同工作。这对于构建大型、复杂的自动化系统非常有帮助。让我特别受益的是，书中还提到了PLC系统的故障诊断和维护，包括如何利用PLC的在线监视功能来查找程序错误，如何进行硬件故障的判断和排除，以及如何进行PLC系统的备份和恢复。这些内容，对于确保自动化生产的连续性提供了重要的保障。这本书让我认识到，PLC工程应用是一个系统性的工程，需要从整体上去把握。

评分☆☆☆☆☆

这本书真的让我对PLC有了全新的认识！之前总觉得PLC编程离我很遥远，是一堆晦涩难懂的指令。但这本书的讲解方式，简直是为我这样的“小白”量身定做的。作者从PLC的基本结构和工作原理讲起，一步步引导我理解PLC是如何读取输入信号、执行程序、输出控制信号的。让我惊讶的是，书中关于梯形图、指令表、SCL等编程语言的讲解，都非常生动有趣。不是那种死板的语法介绍，而是通过大量贴近实际的工程案例，一步步展示如何用不同的编程方式来实现相同的控制功能。比如，在介绍定时器和计数器指令时，书中就给出了多个不同应用场景的实例，从简单的延时启停，到复杂的计数累加，让我看到了PLC在自动化生产中的巨大潜力。尤其让我赞叹的是，书中还花了很大的篇幅讲解了PLC的通信协议和网络连接，比如Modbus、Profibus等，并给出了实际组网的案例。这对于我这种想把PLC和其他设备联动起来的初学者来说，实在是太有用了！感觉学完这本书，我真的可以着手设计一些小型的自动化控制系统了。

评分☆☆☆☆☆

这本书在电气控制与PLC的结合方面，展现了高超的功力。作者巧妙地将传统的电气控制原理与现代的PLC技术融为一体，为读者提供了一个完整的学习路径。我看到了许多经典的电气控制电路，如自动启停、顺序控制、互锁控制等，是如何通过PLC程序来实现的，并且对PLC程序进行了详细的解析。这种将两种技术进行对比和融合的讲解方式，让我对PLC在电气控制中的优势有了更深刻的认识。书中还介绍了如何利用PLC来实现一些传统的电气控制难以实现的复杂逻辑，例如模糊控制、PID控制等，这让我看到了自动化控制技术的不断发展。让我惊喜的是，书中还涉及了一些高级的应用，比如PLC在机器人控制、数控机床控制等领域的应用，这为我拓宽了视野，让我对未来的学习方向有了更清晰的规划。这本书不仅仅是关于电气控制和PLC的知识，更是一种解决工程问题的思维方式的启迪。它让我明白，在面对复杂的自动化需求时，如何将理论知识与实际应用相结合，最终找到最优的解决方案。

评分☆☆☆☆☆

这本书在电气控制的实际应用层面，做得非常出色。它不像很多理论书籍那样，只停留在概念层面，而是深入到工业生产的实际场景中，为读者提供了许多可操作的指导。我特别喜欢其中关于“三相异步电动机的控制”章节，作者详细讲解了正反转控制、Y-Δ降压启动、能耗制动等多种控制方式的原理，并且给出了详细的电路图和PLC梯形图程序。这些内容，对于在工厂一线工作的电气工程师来说，具有极高的参考价值。书中对各种保护装置，如过载保护、短路保护、缺相保护等，也进行了深入的分析，并说明了它们在实际电路中的安装和接线要点。让我印象深刻的是，作者还提到了如何根据不同的电机功率和负载特性，来选择合适的断路器和热继电器，这都是非常实用的工程经验。此外，书中还涉及了变频器在电机调速中的应用，以及如何通过PLC对变频器进行参数设置和控制，这对于实现电机的节能和精确调速非常有帮助。总而言之，这本书的内容非常接地气，充满了工程实践的智慧。